C语言 有限状态机实现

Question

我正在尝试用C实现有限状态机，并且需要它非常快。所以我决定使用函数指针作为"状态"：

void *state1(void){ /* function body here */ }
void *state2(void){ /* ... */ }
void *state3(void){ /* ... */ }

然后，主FSM回路可以非常简单：

void *(*fp)(void);
fp = state1;
while(fp)
    fp = fp();

有一个问题：

1） 是否可以避免在函数返回类型中使用 void 指针？理想情况下，状态函数应该具有某种 typedef'ed 类型，以确保在 FSM 中仅使用此类型的函数。

2）在C中实现FSM的传统方法是使用枚举作为状态和基于交换机的调度程序循环，因此与基于函数指针的实现相比，将有一个间接级别。
但我不确定，指令缓存或分支预测的一些问题是否有一席之地？换句话说，是否存在可以胜过我的解决方案的实现？

谢谢。

Answer 1

要在 C 中创建这样的递归类型定义，您需要在沿线的某处使用struct，因为您不能"正向声明"typedefs。 例如，您可以将函数指针包装在struct中：

struct state {
    struct state (*func)(void);
};

然后在循环中：

struct state state = { state1 };
while (state.func) {
    state = state.func();
}

Answer 2

在这里，您可能会找到问题的答案：http://code.google.com/p/fwprofile/

它是实现的状态机的开源版本（GNU GPLv3）在C中。该概念和实现非常适合在任务关键型应用程序。在工业领域有部署应用。

Answer 3

在 C 中不可能声明一个返回指向其自身类型的函数的指针的函数。此外，不能使用 void *因为 C 不允许函数指针和对象指针之间的转换。相反，您可以使用：

typedef void (*generic_func_ptr)(void);
typedef generic_func_ptr (*state_func_ptr)(void);
generic_func_ptr state1(void), state2(void), state3(void);
state_func_ptr fp;
while(fp)
    fp = (state_func_ptr)fp();

丑陋，但它有效。相反，我会考虑使用 switch 语句。对于实现状态机来说，它要干净得多。

Answer 4

1） typedef void(*state_fp)(void);

state_fp state1(void) { }

2）取决于，将代码内置到函数中的小循环将比进行函数调用更快。 例如，一个switch语句，其中每个状态都在switch语句中实现，但是，如果案例语句太多，这将降低下面的函数调用

Answer 5

如果其他人想使用 fsm的免费框架，请查看 http://www.block-net.de/Programmierung/cpp/fsm/fsm.html有一个 C 和 C++ 有限状态机框架，包括带有 PlantUML 的状态图生成器。